γ-Valaktón podporuje rast sadeníc paradajok prostredníctvom zmien transkriptómu a rastlinných hormónov | Molekulárna biológia rastlín

Aby sa znížila závislosť poľnohospodárstva od chemických hnojív, rastie záujem o nové druhy hnojív. Základné zlúčeniny súsľubné stimulátory rastu.Ukázalo sa, že gama-valaktón, prchavá organická zlúčenina produkovaná *S. stearothermiae* NRCB010, podporuje rast sadeníc paradajok v sterilných podmienkach. Preto sme skúmali účinky rôznych koncentrácií gama-valaktónu na rast sadeníc paradajok v hydroponických a skleníkových podmienkach a tiež sme skúmali zodpovedajúce zmeny v transkripcii a hladinách hormónov. Výsledky ukázali, že ošetrenie gama-valaktónom významne podporilo rast sadeníc paradajok s optimálnymi koncentráciami 100 mg/l a 250 mg/l v hydroponických a skleníkových podmienkach. Obsah IAA-kyseliny asparágovej, IAA-kyseliny glutámovej,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, kyselina indol-3-maslová a giberelín v listoch, stonkách a koreňoch sa významne zvýšili. Analýza transkriptómov ukázala, že po 6 hodinách ošetrenia γ-valerolaktónom počet diferencovane exprimovaných génov (DEG) so zvýšenou expresiou prekročil počet génov so zníženou expresiou; po 24 hodinách ošetrenia sa však pozorovala opačná situácia. γ-valerolaktón môže podporovať rast sadeníc paradajok prostredníctvom mechanizmov, ako je fotosyntéza, signalizácia rastlinných hormónov a biosyntéza sekundárnych metabolitov. Táto štúdia poskytuje teoretický základ pre aplikáciu γ-valerolaktónu ako nového regulátora rastu rastlín a kladie základy pre vývoj vysoko účinných a ekologických poľnohospodárskych biostimulantov.

Morfologické, transkriptomické a hormonálne analýzy ukázali, že γ-valerolaktón zlepšuje rast sadeníc paradajok a zvyšuje hladiny hormónov.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Rast rastlín podporujúce baktérie z rizosféry (PGPR) ako ekologické bioinokulátory: najnovšie pokroky, obmedzenia a perspektívy. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Aplikácia biostimulantov na báze tanínu ovplyvňuje štruktúru koreňov paradajok a zlepšuje toleranciu voči soli. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adaptérový proteín UvSte50 reguluje patogenitu *Ustilago maydis* prostredníctvom signálnej dráhy MAPK. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobiálne biostimulanty na uspokojenie potrieb moderného poľnohospodárstva: zloženie, funkcie a aplikácie týchto inovatívnych produktov. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Znížená regulácia génov metabolických dráh sacharidov pri vysokoteplotnom strese viedla k zníženému obsahu sacharózy a škrobu v listoch cíceru. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dynamika, signalizácia a funkcia kyseliny abscisovej v rastlinách. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifikácia predpokladaných biosyntetických génov lignínu v breze. Wood Structure and Function 34(5):1255–1265
Ding Z, Yao Y, Yao K, Hou H, Zhang Z, Huang Y, Wang S, Liao W (2024) SlSERK3B podporuje rast a vývoj sadeníc paradajok reguláciou fotosyntetickej kapacity. International Journal of Molecular Sciences 25(2):1336
Geng Peng, Zhang Shuai, Liu Jie, Zhao Chao, Wu Jun, Cao Yong, Fu Chao, Han Xin, He Hui, Zhao Qiang (2020) MYB20, MYB42, MYB43 a MYB85 regulujú biosyntézu fenylalanínu a lignínu počas tvorby sekundárnej bunkovej steny [1]. Acta Physiologica Sinica 182 (3): 1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Analýza transkriptómu odhaľuje kľúčovú úlohu exogénneho brassinolidu v biosyntetickej dráhe alkaloidov Pinellia ternata. International Journal of Molecular Sciences 23(18):10898
Gupta K, Wani SH, Razak A, Skalicki M, Samantara K, Gupta S, Pandita D, Goel S, Grewal S, Heynak V, Shiv A, El-Sabrout AM, Elansari HO, Alaklabi A, Brestik M (2022) Kyselina abscisová: jej úloha vo vývoji a dozrievaní plodov. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Katabolizmus aminokyselín v rastlinách. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolaktón: udržateľná energetická a uhlík obsahujúca chemická kvapalina. Green Chem 10(2):238–242
Khalid F, Rashid Y, Asif K, Ashraf H, Maqsood MF, Shahbaz M, Zulfiqar U, Sardar R, Haider FW (2024) Rastlinné biostimulanty: mechanizmy a aplikácie na zlepšenie adaptácie rastlín na abiotický stres. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Kyselina abscisová a jej úloha v regulácii rastu, vývoja a stability výnosu rastlín. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Signálna dráha MAPK u Arabidopsis a jej interakcie v reakcii na abiotický stres. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Syntéza (R)-γ-valerátu z kyseliny levulínovej enantioselektívnou chemoenzymatickou metódou. Process Biochem 90:113–117
Li F, Wu C, Liao B, Yu K, Ho Y, Meng L, Wang S, Wang B, Du M, Tian X, Li Z (2022) Tiadizolín podporuje opadávanie listov bavlníka reguláciou komplexných interakcií medzi etylénom, auxínom a cytokinínom. International Journal of Molecular Sciences 23(5):2696
Li J, Min S, Luo Q, Abdoulaye AH, Zhang S, Huang W, Zhang R, Chen Y (2023a) Molekulárna charakterizácia rodiny GH3 v lucerne za abiotického stresu. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Pokrok vo výskume štruktúry a funkcií faktorov odozvy rastlín na auxín. Journal of Integrative Plant Biology 65(3):617–632
Ma X, Zhang Y, Tureckova V, Xue GP, Ferney AR, Müller-Robert B, Balazadeh S (2018) Transkripčný faktor NAC SlNAP2 reguluje starnutie listov rajčiaka a výnos plodov. Acta Physiologica Sinica 177 (3): 1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Poľnohospodárske biohnojivá: koncepty, stratégie a vplyv na pôdne mikroorganizmy. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) preukázali potenciál zlepšiť rast rastlín a výnos semien predbežnou úpravou semien ozimnej pšenice bakteriálnym signálom N-hexanoyl-L-homoserínlaktónu (C6-HSL) na snímanie kvora. PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Nepriateľ a priateľ nerozoznateľní: interakcie kyseliny abscisovej a etylénu za abiotického stresu. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) porovnávali metabolity a funkčné vlastnosti rôznych paradajok pomocou metabolomiky založenej na hmotnostnej spektrometrii. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Nízke koncentrácie metyljasmonátu podporujú rast Podocarpus macrophyllus prostredníctvom rovnováhy medzi signalizáciou rastlinných hormónov a syntézou triterpenoidov. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Rozdiely v sekvencii génovej expresie: analýza údajov RNA-seq. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Aplikácia mikrobiálnych biohnojív v produkcii plodín a zvyšovaní odolnosti: prehľad. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifikácia prchavých organických zlúčenín v *Stenotrophomonas stearothermiae* na zvýšenie kolonizácie a podporu rastu sadeníc paradajok. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Medzi signálnymi dráhami kyseliny salicylovej a kyseliny jasmónovej v topoli neexistuje žiadna antagonistická interakcia. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Receptorom podobné proteínkinázy sa nachádzajú pred MAPK v regulácii vývoja rastlín. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Exogénny metyljasmonát reguluje endogénnu syntézu hormónov v hydroponicky pestovanom póre, čím podporuje jeho rast a fotosyntézu. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetická analýza relatívnych úloh auxínu a giberelínu v regulácii predlžovania stonky hrachu za plného svetla. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auxínová signalizácia: pokrok výskumu za posledných 30 rokov. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023) Metabolity Pseudomonas NRCB010 indukujú špecifické exsudáty z koreňov paradajok na zvýšenie kolonizácie rizosféry. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Vysokoenergetická fosfátová zlúčenina podporuje rast šalátu zvýšením fotosyntézy, rastu a indukciou procesov súvisiacich so systémovou stabilitou. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 22(2):1955–1969
Zhou X, Shen H, Yan X, Ma X, Leng J, Sun Y, Gao N (2024a) Acetoín podporuje rast rastlín a zmierňuje stres zo soli u sadeníc šalátu aktiváciou metabolických dráh. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Účinky exogénneho kadaverínfosfátu na rast, fotosyntézu a génovú expresiu v sadeniciach šalátu. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Vyjadrujeme úprimnú vďaku Centru vysokovýkonných výpočtov Technickej univerzity v Nanjingu za poskytnutie výpočtových zdrojov.
Tento výskum bol podporený Národnou nadáciou pre prírodné vedy Číny (32172673 a 31972503) a Projektom platformy pre vzdelávanie študentov v oblasti inovácií a podnikania Technickej univerzity v Nanjingu (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Katedra biotechnológie a farmaceutického inžinierstva, Technická univerzita v Nanjingu, Nanjing 211816, Čína
Kľúčové laboratórium provincie Jiangsu pre monitorovanie atmosférického prostredia a kontrolu znečistenia, Centrum pre spoluprácu v oblasti inovácií v oblasti atmosférického prostredia a technológie zariadení, Fakulta environmentálnych vied a inžinierstva, Nanjingská univerzita informačných vied a technológií, Nanjing 210044, Čína
Konceptualizácia, Shanshan Li; Spracovanie údajov: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formálna analýza, Fangfang Ren a Xin Tao; Akvizícia financovania: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha a Zhuorui Li; Metodológia, Fangfang Ren a Weiye Chen; Správa projektu, Nan Gao; Písanie – pôvodný návrh, Fangfang Ren a Hui Shen; Písanie, recenzie a úpravy: Weishou Shen, Hui Shen a Nan Gao.
Springer Nature zostáva neutrálny, pokiaľ ide o územné nároky a inštitucionálne príslušnosti na publikovaných mapách.
Springer Nature alebo jej poskytovatelia licencií (napr. združenia alebo iní partneri) vlastnia výhradné autorské práva k tomuto článku v súlade s publikačnými zmluvami s autormi alebo inými držiteľmi autorských práv; vlastné zverejnenie akceptovaných rukopisných verzií tohto článku autormi sa výlučne riadi podmienkami takýchto publikačných zmlúv a platnými právnymi predpismi.